一種三相電源相序及缺相故障監(jiān)測與保護電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種三相電源相序及缺相故障監(jiān)測與保護電路，三相同步檢測脈沖信號分別接至CMOS雙D集成觸發(fā)器CD4013的2個D型觸發(fā)器的輸入端和時鐘端進行相序監(jiān)測；同時三相同步檢測脈沖信號經(jīng)微分電路、二極管或門電路及晶體三極管控制的電容充放電電路形成2個D型觸發(fā)器的異步復位端信號，進行缺相監(jiān)測用3個發(fā)光二極管分別顯示相序正確、相序不正確、缺相狀態(tài)。本實用新型采用價格低廉、應用廣泛的集成電路，配以少量分立元器件，可實現(xiàn)錯相、缺相故障下的報警與保護。
【專利說明】
一種三相電源相序及缺相故障監(jiān)測與保護電路
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種故障監(jiān)測與保護電路，特別是一種三相電源相序及缺相故障 監(jiān)測與保護電路。
【背景技術】
[0002] 三相電源相序及缺相故障實時監(jiān)測是確保光伏并網(wǎng)逆變器等可再生能源并網(wǎng)發(fā) 電變流器安全可靠運行的重要技術之一。當三相電源相序不正確或發(fā)生缺相故障時，應迅 速報警并自動切斷三相電源，以保護并網(wǎng)逆變器。
[0003] 雖然將三相同步檢測脈沖信號接至單片機或DSP的輸入接口，采用軟件算法可以 實現(xiàn)三相電源相序及缺相故障實時監(jiān)測，但消耗了單片機或DSP的軟硬件資源，增加了數(shù)字 控制器的負擔。隨著集成電路技術的發(fā)展及應用日益廣泛，采用以集成電路為核心的硬件 電路對三相電源相序及缺相故障進行實時監(jiān)測與保護具有實用價值。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 本實用新型所要解決的技術問題是提供一種三相電源相序及缺相故障檢測與保 護電路。
[0005] 為解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是：
[0006] -種三相電源相序及缺相故障監(jiān)測與保護電路，其特征在于:CMOS雙D集成觸發(fā)器 CD4013的1腳與TTL與非門集成電路74LS00的1腳連接，三相脈沖信號Ua、Ub、Uc分別與CMOS 雙D集成觸發(fā)器⑶4013的5腳、3腳和11腳連接，CMOS雙D集成觸發(fā)器⑶4013的4腳與CMOS雙D 集成觸發(fā)器⑶4013的10腳、四2輸入端與非門CMOS集成電路⑶4011的1腳連接，CMOS雙D集成 觸發(fā)器⑶4013的6腳、7腳和8腳接地，CMOS雙D集成觸發(fā)器⑶4013的9腳與TTL與非門集成電 路74LS00的6腳連接，CMOS雙D集成觸發(fā)器CD4013的12腳與四2輸入端與非門CMOS集成電路 ⑶4011的2腳和9腳連接，CMOS雙D集成觸發(fā)器⑶4013的13腳與電阻R1-端和TTL與非門集成 電路74LS00的9腳、10腳連接，電阻R1另一端與光電二極管VD1正極連接，光電二極管VD1負 極接地，CMOS雙D集成觸發(fā)器⑶4013的14腳與直流電源VDD連接，四2輸入端與非門CMOS集成 電路⑶4011的3腳、5腳和6腳相互連接后與電阻R2-端連接，電阻R2另一端與三極管VT1基 極連接，三極管VT1發(fā)射極接地，三極管VT1集電極與電阻R4-端、電容C1 一端和二極管VD4 正極連接，電阻R4另一端與直流電源VDD連接，電容C1另一端接地，二極管VD4負極與電阻R5 一端連接，電阻R5另一端與電解電容C2正極、三極管VT2基極連接，電解電容C2負極和三極 管VT2發(fā)射極接地，三極管VT2集電極與電阻R6-端和四2輸入端與非門CMOS集成電路 ⑶4011的8腳連接，電阻R6另一端與直流電源VDD連接，四2輸入端與非門CMOS集成電路 ⑶4011的4腳與電阻R3-端連接，電阻R3另一端與光電二極管VD2正極連接，光電二極管VD2 負極接地，四2輸入端與非門CMOS集成電路CD4011的7腳接地，四2輸入端與非門CMOS集成電 路⑶4011的10腳、12腳和13腳相互連接，四2輸入端與非門CMOS集成電路⑶4011的11腳與電 阻R7-端連接，電阻R7另一端與光電二極管VD3正極連接，光電二極管VD3負極接地，四2輸 入端與非門CMOS集成電路⑶4011的14腳與直流電源VDD連接，TTL與非門集成電路74LS00的 2腳與電阻R8-端和三極管VTb發(fā)射極連接，電阻R8另一端接地，三極管VTb集電極與直流電 源VDD連接，三極管VTb基極與電阻R9-端連接，電阻R9另一端與Ub連接，TTL與非門集成電 路74LS00的3腳、4腳和5腳相互連接，TTL與非門集成電路74LS00的7腳接地，TTL與非門集成 電路74LS00的8腳與電阻R10-端連接，電阻R10另一端與電解電容C3正極和三極管VTJ基極 連接，電解電容C3負極和三極管VTJ發(fā)射極接地，三極管VTJ集電極與二極管VD4正極和繼電 器J 一端連接，二極管VD4負極和繼電器J另一端與電源VJ連接，TTL與非門集成電路74LS00 的14腳與直流電源VDD連接，三相脈沖信號Ua、Ub、Uc分別與電容Ca、Cb、Cc 一端連接，電容 Ca、Cb、Cc另一端分別與電阻Ra、Rb、Rc-端以及二極管VDa、VDb、VDc的正極連接，電阻Ra、 Rb、Rc的另一端接地，二極管VDa、VDb、VDc的負極與電阻Rl 1的一端連接，電阻Rl 1另一端與 三極管VTR的基極連接，三極管VTR的發(fā)射極接地并與電容CR-端連接，三極管VTR集電極與 電阻RR-端、電容CR另一端和CMOS雙D集成觸發(fā)器⑶4013的4腳連接，電阻RR另一端與直流 電源VDD連接。
[0007] 進一步地，所述繼電器J采用信號為JZX-22F (D) /4Z的直流繼電器。
[0008] 進一步地，所述電源VJ選擇+12V的直流電源。
[0009] 進一步地，所述電容Ca、Cb、Cc均為O.OOlyF，電阻Ra、Rb、Rc均為100kQ，電容CR采 用3個0.022yF的電容并聯(lián)，電阻RR為200kΩ，電容C1為0.022yF，電容C2為22yF。
[0010] 本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點和效果:采用價格低廉、應用廣泛的集 成電路，配以少量分立元器件，可實現(xiàn)錯相、缺相故障下的報警與保護。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本實用新型的一種三相電源相序及缺相故障監(jiān)測與保護電路示意圖。
【具體實施方式】
[0012] 下面結合附圖并通過實施例對本實用新型作進一步的詳細說明，以下實施例是對 本實用新型的解釋而本實用新型并不局限于以下實施例。
[0013] 如圖所示，本實用新型的一種三相電源相序及缺相故障監(jiān)測與保護電路，其特征 在于:CMOS雙D集成觸發(fā)器⑶4013的1腳與TTL與非門集成電路74LS00的1腳連接，三相脈沖 信號Ua、Ub、Uc分別與CMOS雙D集成觸發(fā)器⑶4013的5腳、3腳和11腳連接，CMOS雙D集成觸發(fā) 器CD4013的4腳與CMOS雙D集成觸發(fā)器CD4013的10腳、四2輸入端與非門CMOS集成電路 ⑶4011的1腳連接，CMOS雙D集成觸發(fā)器⑶4013的6腳、7腳和8腳接地，CMOS雙D集成觸發(fā)器 ⑶4013的9腳與TTL與非門集成電路74LS00的6腳連接，CMOS雙D集成觸發(fā)器⑶4013的12腳與 四2輸入端與非門CMOS集成電路⑶4011的2腳和9腳連接，CMOS雙D集成觸發(fā)器⑶4013的13腳 與電阻R1-端和TTL與非門集成電路74LS00的9腳、10腳連接，電阻R1另一端與光電二極管 VD1正極連接，光電二極管VD1負極接地，CMOS雙D集成觸發(fā)器⑶4013的14腳與直流電源VDD 連接，四2輸入端與非門CMOS集成電路CD4011的3腳、5腳和6腳相互連接后與電阻R2-端連 接，電阻R2另一端與三極管VT1基極連接，三極管VT1發(fā)射極接地，三極管VT1集電極與電阻 R4-端、電容C1 一端和二極管VD4正極連接，電阻R4另一端與直流電源VDD連接，電容C1另一 端接地，二極管VD4負極與電阻R5-端連接，電阻R5另一端與電解電容C2正極、三極管VT2 基極連接，電解電容C2負極和三極管VT2發(fā)射極接地，三極管VT2集電極與電阻R6-端和四2 輸入端與非門CMOS集成電路⑶4011的8腳連接，電阻R6另一端與直流電源VDD連接，四2輸入 端與非門CMOS集成電路⑶4011的4腳與電阻R3-端連接，電阻R3另一端與光電二極管VD2正 極連接，光電二極管VD2負極接地，四2輸入端與非門CMOS集成電路CD4011的7腳接地，四2輸 入端與非門CMOS集成電路⑶4011的10腳、12腳和13腳相互連接，四2輸入端與非門CMOS集成 電路⑶4011的11腳與電阻R7-端連接，電阻R7另一端與光電二極管VD3正極連接，光電二極 管VD3負極接地，四2輸入端與非門CMOS集成電路⑶4011的14腳與直流電源VDD連接，TTL與 非門集成電路74LS00的2腳與電阻R8-端和三極管VTb發(fā)射極連接，電阻R8另一端接地，三 極管VTb集電極與直流電源VDD連接，三極管VTb基極與電阻R9-端連接，電阻R9另一端與Ub 連接，TTL與非門集成電路74LS00的3腳、4腳和5腳相互連接，TTL與非門集成電路74LS00的7 腳接地，TTL與非門集成電路74LS00的8腳與電阻R10-端連接，電阻R10另一端與電解電容 C3正極和三極管VTJ基極連接，電解電容C3負極和三極管VTJ發(fā)射極接地，三極管VTJ集電極 與二極管VD4正極和繼電器J 一端連接，二極管VD4負極和繼電器J另一端與電源VJ連接，TTL 與非門集成電路74LS00的14腳與直流電源VDD連接，三相脈沖信號Ua、Ub、Uc分別與電容Ca、 Cb、Cc 一端連接，電容Ca、Cb、Cc另一端分別與電阻Ra、Rb、Rc-端以及二極管VDa、VDb、VDc的 正極連接，電阻Ra、Rb、Rc的另一端接地，二極管VDa、VDb、VDc的負極與電阻Rl 1的一端連接， 電阻Rl 1另一端與三極管VTR的基極連接，三極管VTR的發(fā)射極接地并與電容CR-端連接，三 極管VTR集電極與電阻RR-端、電容CR另一端和CMOS雙D集成觸發(fā)器⑶4013的4腳連接，電阻 RR另一端與直流電源VDD連接。
[0014] 繼電器J采用信號為JZX-22F(D)/4Z的直流繼電器。電源VJ選擇+12V的直流電源。 電容Ca、Cb、Cc均為0 .OOlyF，電阻Ra、Rb、Rc均為100k Ω，電容CR采用3個0.022yF的電容并 聯(lián)，電阻RR為200kΩ，電容C1為0.022yF，電容C2為22yF。
[0015]如圖1所示，Ua、Ub、Uc為三相同步脈沖信號，其與三相電網(wǎng)之間可有一定的相位 移，但該相位移的值應固定，且三相一致，另外，各信號在1個360°角周期中的高電平持續(xù)寬 度應大于120° +α，小于等于180°，為電路可靠工作，α值應較大且在20° < α < 60°的范圍中。 Ua、Ub分別接至CD4013第一個D集成觸發(fā)器的輸入端D1、時鐘端CPl，Uc接至CD4013第二個D 集成觸發(fā)器的時鐘端CP2,而第二個D集成觸發(fā)器的輸入信號則為經(jīng)NPN晶體管VTB構成的射 極跟隨器處理后的Ub與第一個D集成觸發(fā)器輸出端Q1經(jīng)TTL與非門集成電路74LS00進行邏 輯與后的信號。當三相電源相序正確，即依次為Ua、Ub、Uc時，Ub上升沿到來時，Ua為高電平， 則Q1=D1 = 1;而當Uc上升沿到來時，Ub為高電平，Ub與Q1相與的結果使D2 = l，則Q2 = D2 = 1，驅(qū)動顯示相序正確的發(fā)光二極管VD1點亮，Q2經(jīng)TTL與非門集成電路74LS00得到其邏輯非 信號QT，繼電器J不動作，其常閉接點保持三相電源接通。當三相電源相序不正確，即依次為 Uc、Ub、Ua時，當Ub上升沿到來時，Ua為低電平，則Q1 = D1 = 0;而當Uc上升沿到來時，Ub為低 電平，Ub與Q1相與的結果使D2 = 0，則Q2 = D2 = 0，QT = 1，NPN晶體管VT J導通，繼電器J得電，J 的常閉接點打開，自動切斷三相電源。
[0016] 在圖1中，Ua、Ub、Uc分別經(jīng)Ca和Ra、Cb和Rb、Cc和Rc構成的微分電路得到其各自的 微分信號，Ua、Ub、Uc的微分信號再經(jīng)快速二極管VDa、VDb、VDc構成的邏輯或門形成驅(qū)動NPN 晶體管VTR基極的控制信號，當VTR導通時，電容CR迅速通過VTR放電，電容CR兩端電壓迅速 下降，由于電容CR兩端電壓即為CD4013兩個D集成觸發(fā)器異步復位端Rl、R2的控制信號，因 此兩個D集成觸發(fā)器異步復位端的控制信號電壓將隨電容CR的電壓下降而下降；而當截止 時，正電源VDD則通過電阻RR給電容CR放電，電容CR兩端電壓上升，兩個D集成觸發(fā)器異步復 位端的控制信號電壓將隨之上升。通過合理選擇電阻RR和電容CR的參數(shù)，使在120°的間隔 中，電容CR的電壓不會因持續(xù)充電而上升至高電平的下限；而在超過或等于240°的間隔中， 電容CR的電壓會因持續(xù)充電而上升至高電平的下限，這樣即可實現(xiàn)對缺相的故障監(jiān)測。因 為若沒有缺相，驅(qū)動VTR基極的控制信號每隔120°將出現(xiàn)一次，電容CR每隔120°將放電一 次，兩個D集成觸發(fā)器異步復位端的控制信號將達不到高電平的下限，故D集成觸發(fā)器不復 位;若有缺相，驅(qū)動VTR基極的控制信號不是每隔120°出現(xiàn)一次，電容CR將出現(xiàn)超過或等于 240°的持續(xù)充電，從而使兩個D集成觸發(fā)器異步復位端的控制信號電壓超出高電平的下 限，故D集成觸發(fā)器復位，Q1 = Q2 = 0，QF= 1，NPN晶體管VTJ導通，繼電器J得電，J的常閉接點 打開，自動切斷三相電源。
[0017] 當有缺相或錯相故障時，在繼電器得電工作，自動切斷三相電源的同時，圖1電路 用發(fā)光二極管VD2顯示缺相故障，用發(fā)光二極管VD3顯示相序不正確。將⑶4013第二個D集成 觸發(fā)器的輸出端02 (⑶4013的12腳)接至四2輸入端與非門CMOS集成電路⑶4011的2腳和9 腳，將⑶4013兩個D集成觸發(fā)器異步復位端R1、R2的控制信號接至⑶4011的1腳，將⑶4011的 3腳和5腳、6腳相連接，當有缺相故障發(fā)生時，CD4011的4腳輸出信號即Qfi信號不恒為低電 平，顯示缺相的發(fā)光二極管VD2被驅(qū)動點亮。CD4011的3腳輸出信號同時為NPN晶體管VT1的 基極驅(qū)動信號，而VT1的集電極輸出信號為NPN晶體管VT2的基極驅(qū)動信號，VT2的集電極輸 出信號接至⑶4011的8腳，將⑶4011的10腳和12腳、13腳相連接，若不缺相但相序不正確時， VT2的集電極輸出高電平信號，CD4011的11腳輸出信號即QF2信號為高電平，顯示相序不正確 的發(fā)光二極管VD3被驅(qū)動點亮。
[0018] 本說明書中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對本實用新型所作的舉例說明。本實用新型 所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種修改或補充或采用類似的方 式替代，只要不偏離本實用新型說明書的內(nèi)容或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應 屬于本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1. 一種三相電源相序及缺相故障監(jiān)測與保護電路，其特征在于：CMOS雙D集成觸發(fā)器 CD4013的1腳與TTL與非門集成電路74LS00的1腳連接，三相脈沖信號Ua、Ub、Uc分別與CMOS 雙D集成觸發(fā)器⑶4013的5腳、3腳和11腳連接，CMOS雙D集成觸發(fā)器⑶4013的4腳與CMOS雙D 集成觸發(fā)器⑶4013的10腳、四2輸入端與非門CMOS集成電路⑶4011的1腳連接，CMOS雙D集成 觸發(fā)器⑶4013的6腳、7腳和8腳接地，CMOS雙D集成觸發(fā)器⑶4013的9腳與TTL與非門集成電 路74LS00的6腳連接，CMOS雙D集成觸發(fā)器CD4013的12腳與四2輸入端與非門CMOS集成電路 ⑶4011的2腳和9腳連接，CMOS雙D集成觸發(fā)器⑶4013的13腳與電阻Rl-端和TTL與非門集成 電路74LS00的9腳、10腳連接，電阻Rl另一端與光電二極管VDl正極連接，光電二極管VDl負 極接地，CMOS雙D集成觸發(fā)器⑶4013的14腳與直流電源VDD連接，四2輸入端與非門CMOS集成 電路⑶4011的3腳、5腳和6腳相互連接后與電阻R2-端連接，電阻R2另一端與三極管VTl基 極連接，三極管VTl發(fā)射極接地，三極管VTl集電極與電阻R4-端、電容Cl 一端和二極管VD4 正極連接，電阻R4另一端與直流電源VDD連接，電容Cl另一端接地，二極管VD4負極與電阻R5 一端連接，電阻R5另一端與電解電容C2正極、三極管VT2基極連接，電解電容C2負極和三極 管VT2發(fā)射極接地，三極管VT2集電極與電阻R6-端和四2輸入端與非門CMOS集成電路 ⑶4011的8腳連接，電阻R6另一端與直流電源VDD連接，四2輸入端與非門CMOS集成電路 ⑶4011的4腳與電阻R3-端連接，電阻R3另一端與光電二極管VD2正極連接，光電二極管VD2 負極接地，四2輸入端與非門CMOS集成電路CD4011的7腳接地，四2輸入端與非門CMOS集成電 路⑶4011的10腳、12腳和13腳相互連接，四2輸入端與非門CMOS集成電路⑶4011的11腳與電 阻R7-端連接，電阻R7另一端與光電二極管VD3正極連接，光電二極管VD3負極接地，四2輸 入端與非門CMOS集成電路⑶4011的14腳與直流電源VDD連接，TTL與非門集成電路74LS00的 2腳與電阻R8-端和三極管VTb發(fā)射極連接，電阻R8另一端接地，三極管VTb集電極與直流電 源VDD連接，三極管VTb基極與電阻R9-端連接，電阻R9另一端與Ub連接，TTL與非門集成電 路74LS00的3腳、4腳和5腳相互連接，TTL與非門集成電路74LS00的7腳接地，TTL與非門集成 電路74LS00的8腳與電阻RlO-端連接，電阻RlO另一端與電解電容C3正極和三極管VTJ基極 連接，電解電容C3負極和三極管VTJ發(fā)射極接地，三極管VTJ集電極與二極管VD4正極和繼電 器J 一端連接，二極管VD4負極和繼電器J另一端與電源VJ連接，TTL與非門集成電路74LS00 的14腳與直流電源VDD連接，三相脈沖信號Ua、Ub、Uc分別與電容Ca、Cb、Cc 一端連接，電容 Ca、Cb、Cc另一端分別與電阻Ra、Rb、Rc-端以及二極管VDa、VDb、VDc的正極連接，電阻Ra、 Rb、Re的另一端接地，二極管VDa、VDb、VDc的負極與電阻Rl 1的一端連接，電阻Rl 1另一端與 三極管VTR的基極連接，三極管VTR的發(fā)射極接地并與電容CR-端連接，三極管VTR集電極與 電阻RR-端、電容CR另一端和CMOS雙D集成觸發(fā)器⑶4013的4腳連接，電阻RR另一端與直流 電源VDD連接。2. 按照權利要求1所述的一種三相電源相序及缺相故障監(jiān)測與保護電路，其特征在于： 所述繼電器J采用信號為JZX_22F(D)/4Z的直流繼電器。3. 按照權利要求1所述的一種三相電源相序及缺相故障監(jiān)測與保護電路，其特征在于： 所述電源VJ選擇+12V的直流電源。4. 按照權利要求1所述的一種三相電源相序及缺相故障監(jiān)測與保護電路，其特征在于： 所述電容Ca、Cb、Cc均為O.OOlyF，電阻Ra、Rb、Rc均為IOOkQ，電容CR采用3個0.022yF的電容 并聯(lián)，電阻RR為200kΩ，電容Cl為0.022yF，電容C2為22yF。
【文檔編號】H02H3/38GK205565685SQ201620150244
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年2月29日
【發(fā)明人】王宏華, 王成亮, 許煥清, 戴鋒, 翟學鋒, 范立新, 蔣泉, 蔣一泉
【申請人】江蘇方天電力技術有限公司, 河海大學, 國網(wǎng)江蘇省電力公司, 國家電網(wǎng)公司